JPH09287644A - 高強度、低熱処理変形歯車およびその製造方法 - Google Patents
高強度、低熱処理変形歯車およびその製造方法Info
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- JPH09287644A JPH09287644A JP10108496A JP10108496A JPH09287644A JP H09287644 A JPH09287644 A JP H09287644A JP 10108496 A JP10108496 A JP 10108496A JP 10108496 A JP10108496 A JP 10108496A JP H09287644 A JPH09287644 A JP H09287644A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Gears, Cams (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 浸炭焼入れ後の歪みの極めて小さい大型歯車
を製造する。 【解決手段】 重量% で、C ：0.13〜0.25% 、Si：0.70
〜1.80% 、Mn：0.30〜1.50% 、Cr：0.20〜1.50% 、Mo：
0.01〜1.00% 、Sol Al:0.01 〜0.07% を含有し、選択元
素として、Ni：0.01〜1.00% 、V ：0.01〜1.00% 、Ti：
0.01〜0.10% 、Nb：0.01〜0.10% 、Zr：0.01〜0.10% か
ら１種以上を含有し、残部：Fe及び不可避不純物からな
り、Ac3 パラメーター＝920-203 √C+44.7Si+31.5Mo-30
Mn-11Cr+40Al-15.2Ni+104V+40Ti が850 〜950 ℃、歯車
の内部硬さがＨＲC 22〜47、浸炭焼入れ有効硬化層深さ
0.3 mm以上、浸炭焼入れ表層粒界酸化層深さ10μm 以
下、非浸炭部内部組織がフェライトを面積率% で10〜50
% 、残部ベイナイト及び／又は残留γを一部含んでもよ
いマルテンサイトである混合組織にする。
を製造する。 【解決手段】 重量% で、C ：0.13〜0.25% 、Si：0.70
〜1.80% 、Mn：0.30〜1.50% 、Cr：0.20〜1.50% 、Mo：
0.01〜1.00% 、Sol Al:0.01 〜0.07% を含有し、選択元
素として、Ni：0.01〜1.00% 、V ：0.01〜1.00% 、Ti：
0.01〜0.10% 、Nb：0.01〜0.10% 、Zr：0.01〜0.10% か
ら１種以上を含有し、残部：Fe及び不可避不純物からな
り、Ac3 パラメーター＝920-203 √C+44.7Si+31.5Mo-30
Mn-11Cr+40Al-15.2Ni+104V+40Ti が850 〜950 ℃、歯車
の内部硬さがＨＲC 22〜47、浸炭焼入れ有効硬化層深さ
0.3 mm以上、浸炭焼入れ表層粒界酸化層深さ10μm 以
下、非浸炭部内部組織がフェライトを面積率% で10〜50
% 、残部ベイナイト及び／又は残留γを一部含んでもよ
いマルテンサイトである混合組織にする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、自動
車、建設機械および産業機械等の歯車として好適な、鋼
材浸炭焼入れ時の歪み量が極めて小さい、高強度、低熱
処理変形歯車およびその製造方法に関するものである。
車、建設機械および産業機械等の歯車として好適な、鋼
材浸炭焼入れ時の歪み量が極めて小さい、高強度、低熱
処理変形歯車およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】最近の自動車においては、運転時におけ
る静粛性が著しく向上しているが、それにもかかわらず
運転時に騒音が生ずる。これは、主として歯車から発生
するギヤノイズによるものである。ギヤノイズは、歯車
の噛み合いの不具合によって発生するものであり、この
ような歯車の噛み合いの不具合は、所定形状に成形され
た歯車半製品に対し、その表面を硬化するために浸炭焼
入れまたは浸炭窒化焼入れ（以下、浸炭焼入れと総称す
る）処理を施した時に生ずる歪みの結果発生する。特
に、トラックやバスに使用される形状の大きな歯車で
は、質量効果が小さい焼入れ性の高い材料が要求され、
このように焼入れ性が高くなると浸炭焼入れ処理を施し
たときに生ずる歪みがより顕著となり騒音が更に大きく
なる。また、歯車の噛合わせが悪くなるので、歯面上に
ピッチングが生じ易くなる。
る静粛性が著しく向上しているが、それにもかかわらず
運転時に騒音が生ずる。これは、主として歯車から発生
するギヤノイズによるものである。ギヤノイズは、歯車
の噛み合いの不具合によって発生するものであり、この
ような歯車の噛み合いの不具合は、所定形状に成形され
た歯車半製品に対し、その表面を硬化するために浸炭焼
入れまたは浸炭窒化焼入れ（以下、浸炭焼入れと総称す
る）処理を施した時に生ずる歪みの結果発生する。特
に、トラックやバスに使用される形状の大きな歯車で
は、質量効果が小さい焼入れ性の高い材料が要求され、
このように焼入れ性が高くなると浸炭焼入れ処理を施し
たときに生ずる歪みがより顕著となり騒音が更に大きく
なる。また、歯車の噛合わせが悪くなるので、歯面上に
ピッチングが生じ易くなる。
【０００３】即ち、歯車用鋼材に対する浸炭焼入れ時
に、マルテンサイトの生成による変態応力、即ち、オー
ステナイト組織からマルテンサイト組織に変態する時に
生ずる体積膨張に起因する応力が発生するため、鋼材に
歪みが生ずることを避けることができず、その結果、歯
車の寸法精度を高く維持することができない。このため
ギアノイズが発生する。特に、自動車のトランスミッシ
ョン用ギヤにおいては、騒音に対して極めて厳しい制限
があるにもかかわらず、その形状が小さく且つ肉厚が薄
く、そしてギヤ内部の組織が、ベイナイトを一部含むマ
ルテンサイト主体の組織になっているために、浸炭焼入
れ時に歪みが生じやすく、これが歯車騒音の最大の発生
原因になっている。
に、マルテンサイトの生成による変態応力、即ち、オー
ステナイト組織からマルテンサイト組織に変態する時に
生ずる体積膨張に起因する応力が発生するため、鋼材に
歪みが生ずることを避けることができず、その結果、歯
車の寸法精度を高く維持することができない。このため
ギアノイズが発生する。特に、自動車のトランスミッシ
ョン用ギヤにおいては、騒音に対して極めて厳しい制限
があるにもかかわらず、その形状が小さく且つ肉厚が薄
く、そしてギヤ内部の組織が、ベイナイトを一部含むマ
ルテンサイト主体の組織になっているために、浸炭焼入
れ時に歪みが生じやすく、これが歯車騒音の最大の発生
原因になっている。
【０００４】そこで、歯車の寸法精度の向上を図るため
に、浸炭焼入れされた歯車半成品を機械切削加工して、
浸炭層を部分的に除去し、焼入れ歪み量を低減させる歯
形修正処理を施す方法がある。しかしながら、このよう
な機械研削による歯形修正では、製造工程が増えること
により生産性が大幅に低下するのみならず、機械研削加
工により製造コストが大幅に高騰するうえ、表面硬さや
残留応力にむらが生ずるので、品質上からも問題があ
る。
に、浸炭焼入れされた歯車半成品を機械切削加工して、
浸炭層を部分的に除去し、焼入れ歪み量を低減させる歯
形修正処理を施す方法がある。しかしながら、このよう
な機械研削による歯形修正では、製造工程が増えること
により生産性が大幅に低下するのみならず、機械研削加
工により製造コストが大幅に高騰するうえ、表面硬さや
残留応力にむらが生ずるので、品質上からも問題があ
る。
【０００５】上述した点から、歯車用鋼材は、浸炭焼入
れ後、歯形修正処理を施さずに使用されることが多く、
従って、浸炭焼入れされた歯車半成品の寸法精度向上の
ために、焼入れ歪みを低減することが必要とされてい
る。このような浸炭焼入れ歪み量は、素材の焼入れ性に
よって大きく影響される。更に、浸炭焼入れは、通常約
920 ℃の高温で行われるので、浸炭中にオーステナイト
結晶粒が粗大化することも、歪み発生原因の一つとされ
ている。
れ後、歯形修正処理を施さずに使用されることが多く、
従って、浸炭焼入れされた歯車半成品の寸法精度向上の
ために、焼入れ歪みを低減することが必要とされてい
る。このような浸炭焼入れ歪み量は、素材の焼入れ性に
よって大きく影響される。更に、浸炭焼入れは、通常約
920 ℃の高温で行われるので、浸炭中にオーステナイト
結晶粒が粗大化することも、歪み発生原因の一つとされ
ている。
【０００６】歯車用鋼材の焼入れ歪み量を低減する方法
については、従来から種々の研究がなされており、一般
に、低歪み鋼に対してはジョミニー式一端焼入れ試験後
の硬さがジョミニーバンドの下限になるように、鋼材の
化学成分組成を特定の狭い範囲内にコントロールして焼
入れ性を低く抑える方法が知られ、また、特開平4 −24
7848号公報および特開昭59−123743号公報等は、浸炭お
よび保温中の結晶粒粗大化を抑制するために、鋼中に、
Al、Ti、Nb等の結晶粒微細化元素を適正量添加すること
により結晶粒を微細に調整する方法( 以下、「先行技術
１」という）を開示している。
については、従来から種々の研究がなされており、一般
に、低歪み鋼に対してはジョミニー式一端焼入れ試験後
の硬さがジョミニーバンドの下限になるように、鋼材の
化学成分組成を特定の狭い範囲内にコントロールして焼
入れ性を低く抑える方法が知られ、また、特開平4 −24
7848号公報および特開昭59−123743号公報等は、浸炭お
よび保温中の結晶粒粗大化を抑制するために、鋼中に、
Al、Ti、Nb等の結晶粒微細化元素を適正量添加すること
により結晶粒を微細に調整する方法( 以下、「先行技術
１」という）を開示している。
【０００７】また、特開平5 −70925 号公報は、特定範
囲のSi、Mn、Cr、MoおよびV 等を含有する鋼からなる歯
車半成品に対し、浸炭窒化処理を施した後、これを歯表
面部即ち浸炭窒化部（以下、同じ）のＡr1変態点以下の
温度域まで冷却し、次いで、再度歯表面部のＡr3変態点
以上で且つ歯内部即ち非浸炭部（以下、同じ）のＡr1変
態点以下である温度域に保持することにより、歯表面部
をオ−ステナイト組織に保ちつつ歯内部を微細なフェラ
イト・パーライト組織にし、次いで、焼入れをし、そし
て、焼戻しをすることにより、歯表面部の浸炭窒化部を
マルテンサイトにし、既に変態を終了している歯内部を
焼きの入っていないフェライトと微細パーライトに維持
するという方法 (以下、「先行技術２」という）を開示
している。
囲のSi、Mn、Cr、MoおよびV 等を含有する鋼からなる歯
車半成品に対し、浸炭窒化処理を施した後、これを歯表
面部即ち浸炭窒化部（以下、同じ）のＡr1変態点以下の
温度域まで冷却し、次いで、再度歯表面部のＡr3変態点
以上で且つ歯内部即ち非浸炭部（以下、同じ）のＡr1変
態点以下である温度域に保持することにより、歯表面部
をオ−ステナイト組織に保ちつつ歯内部を微細なフェラ
イト・パーライト組織にし、次いで、焼入れをし、そし
て、焼戻しをすることにより、歯表面部の浸炭窒化部を
マルテンサイトにし、既に変態を終了している歯内部を
焼きの入っていないフェライトと微細パーライトに維持
するという方法 (以下、「先行技術２」という）を開示
している。
【０００８】図６に、歯車の歯内部、歯表面部および歯
車芯部を説明する概略斜視図を示す。また、特開平3 −
260048号公報は、タフトライドやガス窒化、ガス軟窒化
などの低温で行なう窒化処理により熱処理歪みの低減を
図る方法（以下、「先行技術３」という）を開示してい
る。
車芯部を説明する概略斜視図を示す。また、特開平3 −
260048号公報は、タフトライドやガス窒化、ガス軟窒化
などの低温で行なう窒化処理により熱処理歪みの低減を
図る方法（以下、「先行技術３」という）を開示してい
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た各先行技術には、下記問題がある。先行技術１は、結
晶粒を微細に調整することにより浸炭および保温中の結
晶粒粗大化を抑制することができるので、歯内部におけ
る焼入れ歪みのバラツキを小さくすることができ、且
つ、焼入れ歪みを均一化することができるという利点を
有する。しかしながら、マルテンサイト変態に伴う歪み
の発生を抑制するのに限界があり、歪みを十分に小さく
することができないという問題がある。このタイプの低
歪み鋼材は、ジョミニー焼入れ性がジョミニーバンドの
規格範囲内で焼入れ性が低くなるように設計されてお
り、小型部品を対象としたものである。このため、質量
効果が小さく且つジョミニー焼入れ性で高い値を要求さ
れる大型歯車へは、先行技術１を適用することができな
い。
た各先行技術には、下記問題がある。先行技術１は、結
晶粒を微細に調整することにより浸炭および保温中の結
晶粒粗大化を抑制することができるので、歯内部におけ
る焼入れ歪みのバラツキを小さくすることができ、且
つ、焼入れ歪みを均一化することができるという利点を
有する。しかしながら、マルテンサイト変態に伴う歪み
の発生を抑制するのに限界があり、歪みを十分に小さく
することができないという問題がある。このタイプの低
歪み鋼材は、ジョミニー焼入れ性がジョミニーバンドの
規格範囲内で焼入れ性が低くなるように設計されてお
り、小型部品を対象としたものである。このため、質量
効果が小さく且つジョミニー焼入れ性で高い値を要求さ
れる大型歯車へは、先行技術１を適用することができな
い。
【００１０】先行技術２は、歯内部をフェライト・パー
ライト組織にすることによりマルテンサイト発生に伴う
体積膨張による焼入れ歪みを軽減することができるとい
う利点を有する。しかしながら、先行技術２は、歯内部
即ち非浸炭部がフェライト・パーライト組織であるため
に、十分な靱性を確保することが困難であり先行技術１
と同様、大型歯車への適用は困難である。更に、熱処理
温度を厳格に管理しなければならないので、熱処理操作
が複雑となり、生産性を阻害するのみならず、コスト高
になるという問題を有する。
ライト組織にすることによりマルテンサイト発生に伴う
体積膨張による焼入れ歪みを軽減することができるとい
う利点を有する。しかしながら、先行技術２は、歯内部
即ち非浸炭部がフェライト・パーライト組織であるため
に、十分な靱性を確保することが困難であり先行技術１
と同様、大型歯車への適用は困難である。更に、熱処理
温度を厳格に管理しなければならないので、熱処理操作
が複雑となり、生産性を阻害するのみならず、コスト高
になるという問題を有する。
【００１１】先行技術３は、表面に硬い窒素化合物層を
形成させることができるので、良好な耐磨耗性を有する
表面硬化層を得ることができ、また、５００〜７００℃
の低温域で処理するので処理部品の変形が小さいという
利点を有する。しかしながら、先行技術３は、硬化層深
さが浅く、十分な硬化層を得るには５０〜１００時間に
も及ぶ長時間の窒化処理が必要であるため、生産性を阻
害するのみならず、コスト高になるという欠点を有す
る。
形成させることができるので、良好な耐磨耗性を有する
表面硬化層を得ることができ、また、５００〜７００℃
の低温域で処理するので処理部品の変形が小さいという
利点を有する。しかしながら、先行技術３は、硬化層深
さが浅く、十分な硬化層を得るには５０〜１００時間に
も及ぶ長時間の窒化処理が必要であるため、生産性を阻
害するのみならず、コスト高になるという欠点を有す
る。
【００１２】従って、この発明の目的は、上述した問題
を解決し、浸炭処理をし、そして、焼入れおよび焼戻し
処理をした後の歪みの発生量が極めて小さく、従って、
寸法精度の高い歯車が得られ、その結果、使用時にギヤ
ノイズが発生しない自動車、建設機械、産業機械等の歯
車を、容易に且つ効率的に熱処理を行ない経済的に製造
することができる、高強度、低熱処理変形歯車およびそ
の製造方法を提供することにある。
を解決し、浸炭処理をし、そして、焼入れおよび焼戻し
処理をした後の歪みの発生量が極めて小さく、従って、
寸法精度の高い歯車が得られ、その結果、使用時にギヤ
ノイズが発生しない自動車、建設機械、産業機械等の歯
車を、容易に且つ効率的に熱処理を行ない経済的に製造
することができる、高強度、低熱処理変形歯車およびそ
の製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上述した
問題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、下記知見を得
た。
問題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、下記知見を得
た。
【００１４】歯車用鋼材の浸炭焼入れ歪み量に影響を及
ぼす主要因子は、オーステナイト組織がマルテンサイト
組織に変態するときに生ずる体積膨張に起因する歪み量
にあることから、本発明者等は、焼入れ前の加熱時にオ
ーステナイト組織中にフェライトを面積率％で１０〜５
０％混在させ、浸炭焼入れ後の組織をフェライト・マル
テンサイト二相組織とすることにより、焼入れ歪み量が
劇的に低減することを見出した。
ぼす主要因子は、オーステナイト組織がマルテンサイト
組織に変態するときに生ずる体積膨張に起因する歪み量
にあることから、本発明者等は、焼入れ前の加熱時にオ
ーステナイト組織中にフェライトを面積率％で１０〜５
０％混在させ、浸炭焼入れ後の組織をフェライト・マル
テンサイト二相組織とすることにより、焼入れ歪み量が
劇的に低減することを見出した。
【００１５】そこで、通常の浸炭条件によって、オース
テナイト組織中にフェライトを混在させるためには、Ａ
c3変態温度を高める必要がある。そこで、鋼中Si、Mn、
Cr、Mo、Al、V 等の元素の、Ａc3変態温度に及ぼす影響
について詳細に検討した結果、これらの元素の含有量を
適正に限定することにより、通常の浸炭条件でも容易に
フェライト・マルテンサイト二相組織が得られた。しか
も、フェライト強化元素によって歯内部（非浸炭部）が
強化されているのでフェライトが混在していても硬さが
低下しない。この結果、本発明方法による鋼材は疲労強
度を低下させることなく焼入れ歪み量を劇的に低減し得
るので、今まで不可能であった大型部品での低歪み化が
可能であることを知見した。
テナイト組織中にフェライトを混在させるためには、Ａ
c3変態温度を高める必要がある。そこで、鋼中Si、Mn、
Cr、Mo、Al、V 等の元素の、Ａc3変態温度に及ぼす影響
について詳細に検討した結果、これらの元素の含有量を
適正に限定することにより、通常の浸炭条件でも容易に
フェライト・マルテンサイト二相組織が得られた。しか
も、フェライト強化元素によって歯内部（非浸炭部）が
強化されているのでフェライトが混在していても硬さが
低下しない。この結果、本発明方法による鋼材は疲労強
度を低下させることなく焼入れ歪み量を劇的に低減し得
るので、今まで不可能であった大型部品での低歪み化が
可能であることを知見した。
【００１６】この発明は、上記知見に基づいてなされた
ものである。請求項１記載の発明の高強度、低熱処理変
形歯車は、下記の通りである。化学成分組成が重量%
で、C ：0.13〜0.25% 、Si：0.70〜1.80% 、Mn：0.30〜
1.50% 、Cr：0.20〜1.50% 、Mo：0.01〜1.00% 、およ
び、Sol Al:0.01 〜0.07%を含有し、残部：Feおよび不
可避的不純物からなり、且つ、下記(1) 式： Ac3 ＝920-203 √C+44.7Si+31.5Mo-30Mn-11Cr+40Al-15.2Ni+104V+40Ti ------------ (1) （但し、(1) 式中のNi、V およびTiの含有量（wt.%）は
不可避的に混入した場合の含有量（wt.%）を表わす。）
によって算出されるＡｃ3 点パラメーターが、850 〜95
0 ℃の範囲内となる条件を満たし、歯車の内部硬さがロ
ックウェルＣ硬さで２２〜４７の範囲内（但し、歯車の
内部硬さとは、歯底円と、歯先中心と歯車軸芯とを結ぶ
直線と、の交点の位置における硬さをいう。）にあり、
そして、表層の浸炭焼入れ部における有効硬化層深さが
0.3 mm以上、前記浸炭焼入れ部表層の粒界酸化層の深さ
が10μm 以下であり、且つ、非浸炭部の内部組織が、フ
ェライトを面積率% で10〜50% 含み、残部がベイナイト
および／または残留オーステナイトを一部含んでもよい
マルテンサイトである混合組織になっていることに特徴
を有するものである。
ものである。請求項１記載の発明の高強度、低熱処理変
形歯車は、下記の通りである。化学成分組成が重量%
で、C ：0.13〜0.25% 、Si：0.70〜1.80% 、Mn：0.30〜
1.50% 、Cr：0.20〜1.50% 、Mo：0.01〜1.00% 、およ
び、Sol Al:0.01 〜0.07%を含有し、残部：Feおよび不
可避的不純物からなり、且つ、下記(1) 式： Ac3 ＝920-203 √C+44.7Si+31.5Mo-30Mn-11Cr+40Al-15.2Ni+104V+40Ti ------------ (1) （但し、(1) 式中のNi、V およびTiの含有量（wt.%）は
不可避的に混入した場合の含有量（wt.%）を表わす。）
によって算出されるＡｃ3 点パラメーターが、850 〜95
0 ℃の範囲内となる条件を満たし、歯車の内部硬さがロ
ックウェルＣ硬さで２２〜４７の範囲内（但し、歯車の
内部硬さとは、歯底円と、歯先中心と歯車軸芯とを結ぶ
直線と、の交点の位置における硬さをいう。）にあり、
そして、表層の浸炭焼入れ部における有効硬化層深さが
0.3 mm以上、前記浸炭焼入れ部表層の粒界酸化層の深さ
が10μm 以下であり、且つ、非浸炭部の内部組織が、フ
ェライトを面積率% で10〜50% 含み、残部がベイナイト
および／または残留オーステナイトを一部含んでもよい
マルテンサイトである混合組織になっていることに特徴
を有するものである。
【００１７】なお、図１に、歯車の内部硬さの測定位置
を示す。同図において７は歯底円の一部、８は歯先中
心、９は歯車軸芯、そしてＡ点が硬さ測定位置である。
請求項２記載の発明の高強度、低熱処理変形歯車は、次
の通りである。
を示す。同図において７は歯底円の一部、８は歯先中
心、９は歯車軸芯、そしてＡ点が硬さ測定位置である。
請求項２記載の発明の高強度、低熱処理変形歯車は、次
の通りである。
【００１８】化学成分組成が重量% で、C ：0.13〜0.25
% 、Si：0.70〜1.80% 、Mn：0.30〜1.50% 、Cr：0.20〜
1.50% 、Mo：0.01〜1.00% 、および、Sol Al:0.01 〜0.
07%を含有し、更に、下記化学成分組成からなる群： Ni：0.01〜1.00wt.%、および、V ：0.01〜1.00wt.%から
選んだ少なくとも１つの元素、並びに／または、下記化
学成分組成からなる群： Ti：0.01〜0.10% 、Nb：0.01〜0.10% 、および、Zr：0.
01〜0.10%から選んだ少なくとも１つの元素を付加して
含有し、残部：Feおよび不可避的不純物からなり、且
つ、下記(1) 式： Ac3 ＝920-203 √C+44.7Si+31.5Mo-30Mn-11Cr+40Al-15.2Ni+104V+40Ti ------------ (1) （但し、(1) 式中のNi、V およびTiの含有量（wt.%）は
不可避的に混入した場合の含有量（wt.%）である。）に
よって算出されるＡｃ3 点パラメーターが、850〜950
℃の範囲内となる条件を満たし、歯車の内部硬さがロッ
クウェルＣ硬さで２２〜４７の範囲内（但し、歯車の内
部硬さとは、歯底円と、歯先中心と歯車軸芯とを結ぶ直
線と、の交点の位置における硬さをいう。）にあり、そ
して、表層の浸炭焼入れ部における有効硬化層深さが0.
3 mm以上、前記浸炭焼入れ部表層の粒界酸化層の深さが
10μm 以下であり、且つ、非浸炭部の内部組織が、フェ
ライトを面積率% で10〜50% 含み、残部がベイナイトお
よび／または残留オーステナイトを一部含んでもよいマ
ルテンサイトである混合組織になっていることに特徴を
有するものである。
% 、Si：0.70〜1.80% 、Mn：0.30〜1.50% 、Cr：0.20〜
1.50% 、Mo：0.01〜1.00% 、および、Sol Al:0.01 〜0.
07%を含有し、更に、下記化学成分組成からなる群： Ni：0.01〜1.00wt.%、および、V ：0.01〜1.00wt.%から
選んだ少なくとも１つの元素、並びに／または、下記化
学成分組成からなる群： Ti：0.01〜0.10% 、Nb：0.01〜0.10% 、および、Zr：0.
01〜0.10%から選んだ少なくとも１つの元素を付加して
含有し、残部：Feおよび不可避的不純物からなり、且
つ、下記(1) 式： Ac3 ＝920-203 √C+44.7Si+31.5Mo-30Mn-11Cr+40Al-15.2Ni+104V+40Ti ------------ (1) （但し、(1) 式中のNi、V およびTiの含有量（wt.%）は
不可避的に混入した場合の含有量（wt.%）である。）に
よって算出されるＡｃ3 点パラメーターが、850〜950
℃の範囲内となる条件を満たし、歯車の内部硬さがロッ
クウェルＣ硬さで２２〜４７の範囲内（但し、歯車の内
部硬さとは、歯底円と、歯先中心と歯車軸芯とを結ぶ直
線と、の交点の位置における硬さをいう。）にあり、そ
して、表層の浸炭焼入れ部における有効硬化層深さが0.
3 mm以上、前記浸炭焼入れ部表層の粒界酸化層の深さが
10μm 以下であり、且つ、非浸炭部の内部組織が、フェ
ライトを面積率% で10〜50% 含み、残部がベイナイトお
よび／または残留オーステナイトを一部含んでもよいマ
ルテンサイトである混合組織になっていることに特徴を
有するものである。
【００１９】請求項３記載の発明の高強度、低熱処理変
形歯車の製造方法は、次の通りである。化学成分組成が
重量% で、C ：0.13〜0.25% 、Si：0.70〜1.80% 、Mn：
0.30〜1.50% 、Cr：0.20〜1.50% 、Mo：0.01〜1.00% 、
および、Sol Al:0.01 〜0.07%を含有し、残部：Feおよ
び不可避的不純物からなり、且つ、下記(1) 式： Ac3 ＝920-203 √C+44.7Si+31.5Mo-30Mn-11Cr+40Al-15.2Ni+104V+40Ti ------------ (1) （但し、(1) 式中のNi、V およびTiの含有量（wt.%）は
不可避的に混入した場合の含有量（wt.%）を表わす。）
によって算出されるＡｃ3 点パラメーターが、850 〜95
0 ℃の範囲内となる条件を満たし、且つ、ジョミニー式
一端焼入れ試験後の試験片のロックウェルＣ硬さが、焼
入れ端から５ｍｍおよび９ｍｍのそれぞれの位置におい
て３０〜４７の範囲内および２２〜４２の範囲内にある
歯車用鋼材に対して、鍛造を施すことにより歯車に加工
し、前記歯車に浸炭焼入れを施すことにより表層の浸炭
部の有効硬化層深さを０．３ｍｍ以上、表面の粒界酸化
層の深さを１０μm 以下、且つ、非浸炭部の内部組織
を、フェライトが面積率% で１０〜５０％、残部がベイ
ナイトおよび／または残留オーステナイトを一部含んで
もよいマルテンサイトである混合組織となし、そして、
前記歯車に対して焼戻し処理を施すことに特徴を有する
ものである。
形歯車の製造方法は、次の通りである。化学成分組成が
重量% で、C ：0.13〜0.25% 、Si：0.70〜1.80% 、Mn：
0.30〜1.50% 、Cr：0.20〜1.50% 、Mo：0.01〜1.00% 、
および、Sol Al:0.01 〜0.07%を含有し、残部：Feおよ
び不可避的不純物からなり、且つ、下記(1) 式： Ac3 ＝920-203 √C+44.7Si+31.5Mo-30Mn-11Cr+40Al-15.2Ni+104V+40Ti ------------ (1) （但し、(1) 式中のNi、V およびTiの含有量（wt.%）は
不可避的に混入した場合の含有量（wt.%）を表わす。）
によって算出されるＡｃ3 点パラメーターが、850 〜95
0 ℃の範囲内となる条件を満たし、且つ、ジョミニー式
一端焼入れ試験後の試験片のロックウェルＣ硬さが、焼
入れ端から５ｍｍおよび９ｍｍのそれぞれの位置におい
て３０〜４７の範囲内および２２〜４２の範囲内にある
歯車用鋼材に対して、鍛造を施すことにより歯車に加工
し、前記歯車に浸炭焼入れを施すことにより表層の浸炭
部の有効硬化層深さを０．３ｍｍ以上、表面の粒界酸化
層の深さを１０μm 以下、且つ、非浸炭部の内部組織
を、フェライトが面積率% で１０〜５０％、残部がベイ
ナイトおよび／または残留オーステナイトを一部含んで
もよいマルテンサイトである混合組織となし、そして、
前記歯車に対して焼戻し処理を施すことに特徴を有する
ものである。
【００２０】請求項４記載の発明の高強度、低熱処理変
形歯車の製造方法は、次の通りである。化学成分組成が
重量% で、C ：0.13〜0.25% 、Si：0.70〜1.80% 、Mn：
0.30〜1.50% 、Cr：0.20〜1.50% 、Mo：0.01〜1.00% 、
および、Sol Al:0.01 〜0.07%を含有し、更に、下記化
学成分組成からなる群： Ni：0.01〜1.00wt.%、および、V ：0.01〜1.00wt.%から
選んだ少なくとも１つの元素、並びに／または、下記化
学成分組成からなる群： Ti：0.01〜0.10% 、Nb：0.01〜0.10% 、および、Zr：0.
01〜0.10%から選んだ少なくとも１つの元素を付加して
含有し、残部：Feおよび不可避的不純物からなり、且
つ、下記(1) 式： Ac3 ＝920-203 √C+44.7Si+31.5Mo-30Mn-11Cr+40Al-15.2Ni+104V+40Ti ------------ (1) （但し、(1) 式中のNi、V およびTiの含有量（wt.%）は
不可避的に混入した場合の含有量（wt.%）である。）に
よって算出されるＡｃ3 点パラメーターが、850〜950
℃の範囲内となる条件を満たし、且つ、ジョミニー式一
端焼入れ試験後の試験片のロックウェルＣ硬さが、焼入
れ端から５ｍｍおよび９ｍｍのそれぞれの位置において
３０〜４７の範囲内および２２〜４２の範囲内にある歯
車用鋼材に対して、鍛造を施すことにより歯車に加工
し、前記歯車に浸炭焼入れを施すことにより表層の浸炭
部の有効硬化層深さを０．３ｍｍ以上、表面の粒界酸化
層の深さを１０μm 以下、且つ、非浸炭部の内部組織
を、フェライトが面積率% で１０〜５０％、残部がベイ
ナイトおよび／または残留オーステナイトを一部含んで
もよいマルテンサイトである混合組織となし、そして、
前記歯車に対して焼戻し処理を施すことに特徴を有する
ものである。
形歯車の製造方法は、次の通りである。化学成分組成が
重量% で、C ：0.13〜0.25% 、Si：0.70〜1.80% 、Mn：
0.30〜1.50% 、Cr：0.20〜1.50% 、Mo：0.01〜1.00% 、
および、Sol Al:0.01 〜0.07%を含有し、更に、下記化
学成分組成からなる群： Ni：0.01〜1.00wt.%、および、V ：0.01〜1.00wt.%から
選んだ少なくとも１つの元素、並びに／または、下記化
学成分組成からなる群： Ti：0.01〜0.10% 、Nb：0.01〜0.10% 、および、Zr：0.
01〜0.10%から選んだ少なくとも１つの元素を付加して
含有し、残部：Feおよび不可避的不純物からなり、且
つ、下記(1) 式： Ac3 ＝920-203 √C+44.7Si+31.5Mo-30Mn-11Cr+40Al-15.2Ni+104V+40Ti ------------ (1) （但し、(1) 式中のNi、V およびTiの含有量（wt.%）は
不可避的に混入した場合の含有量（wt.%）である。）に
よって算出されるＡｃ3 点パラメーターが、850〜950
℃の範囲内となる条件を満たし、且つ、ジョミニー式一
端焼入れ試験後の試験片のロックウェルＣ硬さが、焼入
れ端から５ｍｍおよび９ｍｍのそれぞれの位置において
３０〜４７の範囲内および２２〜４２の範囲内にある歯
車用鋼材に対して、鍛造を施すことにより歯車に加工
し、前記歯車に浸炭焼入れを施すことにより表層の浸炭
部の有効硬化層深さを０．３ｍｍ以上、表面の粒界酸化
層の深さを１０μm 以下、且つ、非浸炭部の内部組織
を、フェライトが面積率% で１０〜５０％、残部がベイ
ナイトおよび／または残留オーステナイトを一部含んで
もよいマルテンサイトである混合組織となし、そして、
前記歯車に対して焼戻し処理を施すことに特徴を有する
ものである。
【００２１】請求項５記載の発明の高強度、低熱処理変
形歯車の製造方法は、上述した本発明の二つの製造方法
のいずれかにおいて、浸炭焼入れ焼戻し処理を施された
歯車に対して、更に、ショットピーニングまたは／およ
びハードショットピーニングを施すことを付加すること
に特徴を有するものである。
形歯車の製造方法は、上述した本発明の二つの製造方法
のいずれかにおいて、浸炭焼入れ焼戻し処理を施された
歯車に対して、更に、ショットピーニングまたは／およ
びハードショットピーニングを施すことを付加すること
に特徴を有するものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】この発明の方法によれば、Ａc3変
態温度を高め、且つ焼入れ性を向上させる元素であるS
i、MoおよびV 、並びに、Ａc3変態温度を高めるAlおよ
びTiの含有量を増加させることによって、ジョミニー式
一端焼入れ試験後の試験片にて焼入れ性を満足するロッ
クウェルＣ硬さが得られ、且つ、浸炭焼入れ処理により
容易にフェライト・マルテンサイト二相組織とすること
ができ、フェライトがマルテンサイトの膨張歪みを吸収
することによって焼入れ歪み量が大幅に減少し、更に、
焼入れ時の歯車の芯部（以下、「歯車芯部」という。図
６参照）の硬さも十分に確保できるので、従来鋼と遜色
のない疲労強度が得られる。
態温度を高め、且つ焼入れ性を向上させる元素であるS
i、MoおよびV 、並びに、Ａc3変態温度を高めるAlおよ
びTiの含有量を増加させることによって、ジョミニー式
一端焼入れ試験後の試験片にて焼入れ性を満足するロッ
クウェルＣ硬さが得られ、且つ、浸炭焼入れ処理により
容易にフェライト・マルテンサイト二相組織とすること
ができ、フェライトがマルテンサイトの膨張歪みを吸収
することによって焼入れ歪み量が大幅に減少し、更に、
焼入れ時の歯車の芯部（以下、「歯車芯部」という。図
６参照）の硬さも十分に確保できるので、従来鋼と遜色
のない疲労強度が得られる。
【００２３】トラックやバスに使用される大型形状の歯
車では、焼入れ性の高いことが要求されるが、この発明
の方法によれば、高い焼入れ性が得られ、且つ、フェラ
イト・マルテンサイト二相組織とすることにより低歪み
特性を備えた鋼材が得られ、大型部品への適用が可能な
高強度型の低歪み鋼材の製造が可能となる。
車では、焼入れ性の高いことが要求されるが、この発明
の方法によれば、高い焼入れ性が得られ、且つ、フェラ
イト・マルテンサイト二相組織とすることにより低歪み
特性を備えた鋼材が得られ、大型部品への適用が可能な
高強度型の低歪み鋼材の製造が可能となる。
【００２４】また、自動車の歯車においては、歯元疲労
強度の向上を目的として、ショットピーニング処理が施
されることが多いが、本発明方法により得られる鋼材に
よれば、表面の粒界酸化層の形成が抑制され、且つ、焼
入れ不良組織が発生しないので、ショットピーニング処
理を施しても、表面粗さが劣化することなく歯元疲労強
度が増加する。更に、Si、MoおよびV によって焼戻し軟
化抵抗が増大し、従って、面疲労強度が向上することを
確認した。
強度の向上を目的として、ショットピーニング処理が施
されることが多いが、本発明方法により得られる鋼材に
よれば、表面の粒界酸化層の形成が抑制され、且つ、焼
入れ不良組織が発生しないので、ショットピーニング処
理を施しても、表面粗さが劣化することなく歯元疲労強
度が増加する。更に、Si、MoおよびV によって焼戻し軟
化抵抗が増大し、従って、面疲労強度が向上することを
確認した。
【００２５】このように、この発明においては、鋼材中
の各元素は種々の作用効果を発揮し、鋼材に含有される
べき化学成分元素は必須成分と選択成分とからなる。そ
して、選択成分は、焼入れ性を高める点で共通の作用効
果を有するNiおよびV と、オーステナイト結晶粒を微細
化するのに有効である点で共通の作用効果を有するTi、
NbおよびZrとの２グループに分けた。
の各元素は種々の作用効果を発揮し、鋼材に含有される
べき化学成分元素は必須成分と選択成分とからなる。そ
して、選択成分は、焼入れ性を高める点で共通の作用効
果を有するNiおよびV と、オーステナイト結晶粒を微細
化するのに有効である点で共通の作用効果を有するTi、
NbおよびZrとの２グループに分けた。
【００２６】次に、この発明の高強度、低熱処理変形歯
車の製造方法において用いる鋼の化学成分組成、歯車お
よび歯車半製品が具備すべき特性値、並びに、製造条件
を上述した範囲内に限定した理由について以下に述べ
る。
車の製造方法において用いる鋼の化学成分組成、歯車お
よび歯車半製品が具備すべき特性値、並びに、製造条件
を上述した範囲内に限定した理由について以下に述べ
る。
【００２７】(1) 炭素(C) 炭素は、浸炭焼入れによる歯車芯部の強度を保証する上
で必要な基本的元素であり、その作用を発揮させるため
には、0.13wt.%以上含有していることが必要であり、0.
13wt.%未満では、有効な浸炭硬化層深さを得るための熱
処理時間が長くなるので望ましくない。しかしながら、
炭素含有量が0.25wt.%を超えると靱性の劣化および被削
性の低下を招く。従って、炭素含有量は、0.13〜0.25w
t.%の範囲内に限定すべきである。
で必要な基本的元素であり、その作用を発揮させるため
には、0.13wt.%以上含有していることが必要であり、0.
13wt.%未満では、有効な浸炭硬化層深さを得るための熱
処理時間が長くなるので望ましくない。しかしながら、
炭素含有量が0.25wt.%を超えると靱性の劣化および被削
性の低下を招く。従って、炭素含有量は、0.13〜0.25w
t.%の範囲内に限定すべきである。
【００２８】(2) シリコン（Si) シリコンは、この発明において下記の通り重要な役目を
果たす元素である。即ち、シリコンは、表面層の粒界酸
化の防止に有効であり、またフェライト形成元素である
からＡc3変態点を高めるのに有効であり、且つ、比較的
安価な元素である。しかしながら、シリコン含有量が0.
70wt.%未満では、浸炭処理時に浸炭ガス中に不可避的に
存在する微量酸素と結合する表層のシリコン濃度が低過
ぎるために、上記微量酸素が鋼材の深部まで侵入して、
粒界酸化層が著しく深くなる結果、疲労強度の低下を招
く。一方、シリコン含有量が1.80wt.%を超えて過剰にな
ると、フェライト量が多くなり過ぎて、強度および靱性
が低下するのみならず、Si02系の非金属介在物が増加す
る結果、逆に疲労強度の低下を招く。従って、シリコン
含有量は、0.70〜1.80wt.%の範囲内に限定すべきであ
る。
果たす元素である。即ち、シリコンは、表面層の粒界酸
化の防止に有効であり、またフェライト形成元素である
からＡc3変態点を高めるのに有効であり、且つ、比較的
安価な元素である。しかしながら、シリコン含有量が0.
70wt.%未満では、浸炭処理時に浸炭ガス中に不可避的に
存在する微量酸素と結合する表層のシリコン濃度が低過
ぎるために、上記微量酸素が鋼材の深部まで侵入して、
粒界酸化層が著しく深くなる結果、疲労強度の低下を招
く。一方、シリコン含有量が1.80wt.%を超えて過剰にな
ると、フェライト量が多くなり過ぎて、強度および靱性
が低下するのみならず、Si02系の非金属介在物が増加す
る結果、逆に疲労強度の低下を招く。従って、シリコン
含有量は、0.70〜1.80wt.%の範囲内に限定すべきであ
る。
【００２９】更に、シリコンは焼戻し軟化抵抗を増大さ
せて、面疲労強度を向上させる。 (3) マンガン(Mn) マンガンは、焼入れ性を向上させ、そして歯車芯部の強
度を確保するのに有効な元素であり、その作用を発揮さ
せるためには、0.30wt.%以上含有させることが必要であ
る。しかしながら、マンガンにはＡc3変態点を大きく低
下させる作用があるので、その含有量が1.50wt.%を超え
て多量になると、マルテンサイトおよびフェライトの二
相組織が得られなくなるだけでなく、硬度が高くなり過
ぎ、被削性の劣化を招く。従って、マンガン含有量は、
0.30〜1.50wt.%の範囲内に限定すべきである。
せて、面疲労強度を向上させる。 (3) マンガン(Mn) マンガンは、焼入れ性を向上させ、そして歯車芯部の強
度を確保するのに有効な元素であり、その作用を発揮さ
せるためには、0.30wt.%以上含有させることが必要であ
る。しかしながら、マンガンにはＡc3変態点を大きく低
下させる作用があるので、その含有量が1.50wt.%を超え
て多量になると、マルテンサイトおよびフェライトの二
相組織が得られなくなるだけでなく、硬度が高くなり過
ぎ、被削性の劣化を招く。従って、マンガン含有量は、
0.30〜1.50wt.%の範囲内に限定すべきである。
【００３０】(4) クロム(Cr) クロムは、マンガンと同様に焼入れ性を向上させるのに
有効な元素であり、その作用を発揮させるためには0.20
wt.%以上含有させることが必要である。しかしながら、
クロムにはマンガンと同様にＡc3変態点を低下させる作
用があるので、その含有量が1.50wt.%を超えて多量にな
ると、マルテンサイトおよびフェライトの二相組織が得
られなくなるだけでなく、硬度が高くなり過ぎ、被削性
の劣化を招く。従って、クロム含有量は、0.20〜1.50w
t.%の範囲内に限定すべきである。
有効な元素であり、その作用を発揮させるためには0.20
wt.%以上含有させることが必要である。しかしながら、
クロムにはマンガンと同様にＡc3変態点を低下させる作
用があるので、その含有量が1.50wt.%を超えて多量にな
ると、マルテンサイトおよびフェライトの二相組織が得
られなくなるだけでなく、硬度が高くなり過ぎ、被削性
の劣化を招く。従って、クロム含有量は、0.20〜1.50w
t.%の範囲内に限定すべきである。
【００３１】(5) モリブデン(Mo) モリブデンはＡc3変態点を高めてフェライト生成に有効
であり、更に、焼入れ性、焼戻し軟化抵抗性、靱性およ
び疲労強度を向上させるのに有効な元素であり、その作
用を発揮させるためには0.01wt.%以上含有させることが
必要である。しかしながら、モリブデンは極めて高価な
元素であり、その含有量が1.00wt.%を超えて添加しても
上記効果は飽和して経済的な不利を招く。従って、モリ
ブデン含有量は、0.01〜1.00wt.%の範囲内に限定すべき
である。
であり、更に、焼入れ性、焼戻し軟化抵抗性、靱性およ
び疲労強度を向上させるのに有効な元素であり、その作
用を発揮させるためには0.01wt.%以上含有させることが
必要である。しかしながら、モリブデンは極めて高価な
元素であり、その含有量が1.00wt.%を超えて添加しても
上記効果は飽和して経済的な不利を招く。従って、モリ
ブデン含有量は、0.01〜1.00wt.%の範囲内に限定すべき
である。
【００３２】(6) アルミニウム(Al) アルミニウムは窒素と結合してAlN を生成し、結晶粒を
微細化させることにより、焼入れ時の歪みを小さくする
上、靱性および疲労強度を向上させるのに有効な元素で
ある。このためには0.01wt.%以上含有していることが必
要である。またアルミニウムはシリコンと同様にフェラ
イト形成元素であり、経済的にＡc3変態点を大きく高め
ることができる。しかしながら、アルミニウム含有量が
0.07wt.%を超えて多量になるとアルミナ系介在物が増加
して、靱性および疲労強度の低下を招く。従って、アル
ミニウム含有量は、0.01〜0.07wt.%の範囲内に限定すべ
きである。
微細化させることにより、焼入れ時の歪みを小さくする
上、靱性および疲労強度を向上させるのに有効な元素で
ある。このためには0.01wt.%以上含有していることが必
要である。またアルミニウムはシリコンと同様にフェラ
イト形成元素であり、経済的にＡc3変態点を大きく高め
ることができる。しかしながら、アルミニウム含有量が
0.07wt.%を超えて多量になるとアルミナ系介在物が増加
して、靱性および疲労強度の低下を招く。従って、アル
ミニウム含有量は、0.01〜0.07wt.%の範囲内に限定すべ
きである。
【００３３】(7) ニッケル(Ni) ニッケルは、焼入れ性および靱性を高めるのに有効な元
素であり、その作用を発揮させるためには、0.01wt.%以
上含有させることが必要である。しかしながら、ニッケ
ル含有量が1.0 wt.%を超えて多量になると硬度が高くな
り過ぎ、被削性が劣化する上、ニッケルは高価な元素で
あるために経済的な不利を招く。従って、ニッケル含有
量は、0.01〜1.00wt.%の範囲内に限定すべきである。
素であり、その作用を発揮させるためには、0.01wt.%以
上含有させることが必要である。しかしながら、ニッケ
ル含有量が1.0 wt.%を超えて多量になると硬度が高くな
り過ぎ、被削性が劣化する上、ニッケルは高価な元素で
あるために経済的な不利を招く。従って、ニッケル含有
量は、0.01〜1.00wt.%の範囲内に限定すべきである。
【００３４】(8) バナジウム(V) バナジウムは、Ａc3変態点を高める作用が大きく、また
焼入れ性を高め歯元疲労強度を向上させ、焼戻し軟化抵
抗を増大させて、面疲労強度を向上させるのに有効な元
素であり、且つ、炭窒化物を生成し結晶粒を微細化さ
せ、焼入れ歪みを小さく抑える作用を有しており、その
作用を発揮させるためには0.01wt.%以上含有させること
が必要である。しかしながら、バナジウム含有量が1.00
wt.%を超えると、その効果が飽和し経済的な不利を招く
ばかりか、炭窒化物の量が多くなって靱性の低下を招
く。従って、バナジウム含有量は、0.01〜1.00wt.%の範
囲内に限定すべきである。
焼入れ性を高め歯元疲労強度を向上させ、焼戻し軟化抵
抗を増大させて、面疲労強度を向上させるのに有効な元
素であり、且つ、炭窒化物を生成し結晶粒を微細化さ
せ、焼入れ歪みを小さく抑える作用を有しており、その
作用を発揮させるためには0.01wt.%以上含有させること
が必要である。しかしながら、バナジウム含有量が1.00
wt.%を超えると、その効果が飽和し経済的な不利を招く
ばかりか、炭窒化物の量が多くなって靱性の低下を招
く。従って、バナジウム含有量は、0.01〜1.00wt.%の範
囲内に限定すべきである。
【００３５】(9) チタン(Ti) チタンもフェライト形成元素であり、Ａc3変態点を高め
る作用が大きく、またオーステナイト結晶粒を微細化す
るのに有効な元素であり、且つ、浸炭部および歯内部の
降伏強度を高めて、疲労強度の向上に寄与する作用を有
しており、その効果を発揮させるためには、0.01wt.%以
上含有させることが必要である。しかしながら、チタン
含有量が0.10wt.%を超えると、その効果が飽和し経済的
な不利を招くばかりか、炭窒化物の量が多くなり過ぎて
靱性の低下を招く。従って、チタン含有量は、0.01〜0.
10wt.%の範囲内に限定すべきである。
る作用が大きく、またオーステナイト結晶粒を微細化す
るのに有効な元素であり、且つ、浸炭部および歯内部の
降伏強度を高めて、疲労強度の向上に寄与する作用を有
しており、その効果を発揮させるためには、0.01wt.%以
上含有させることが必要である。しかしながら、チタン
含有量が0.10wt.%を超えると、その効果が飽和し経済的
な不利を招くばかりか、炭窒化物の量が多くなり過ぎて
靱性の低下を招く。従って、チタン含有量は、0.01〜0.
10wt.%の範囲内に限定すべきである。
【００３６】(10)ニオブ(Nb) ニオブもオーステナイト結晶粒を微細化するのに有効な
元素であり、その作用を発揮させるためには0.01wt.%以
上含有させることが必要である。しかしながら、ニオブ
含有量が0.10wt.%を超えると、その効果が飽和し経済的
な不利を招くばかりか、炭窒化物の量が多くなって靱性
の低下を招く。従って、ニオブ含有量は、0.01〜0.10w
t.%の範囲内に限定すべきである。
元素であり、その作用を発揮させるためには0.01wt.%以
上含有させることが必要である。しかしながら、ニオブ
含有量が0.10wt.%を超えると、その効果が飽和し経済的
な不利を招くばかりか、炭窒化物の量が多くなって靱性
の低下を招く。従って、ニオブ含有量は、0.01〜0.10w
t.%の範囲内に限定すべきである。
【００３７】(11)ジルコニウム(Zr) ジルコニウムもチタンおよびニオブと同様にオーステナ
イト結晶粒を微細化するのに有効な元素であり、その作
用を発揮させるためには0.01wt.%以上含有させることが
必要である。しかしながら、ジルコニウム含有量が0.10
wt.%を超えると、その効果が飽和し経済的な不利を招く
ばかりか、炭窒化物の量が多くなって靱性の低下を招
く。従ってジルコニウム含有量は、0.01〜0.10wt.%の範
囲内に限定すべきである。
イト結晶粒を微細化するのに有効な元素であり、その作
用を発揮させるためには0.01wt.%以上含有させることが
必要である。しかしながら、ジルコニウム含有量が0.10
wt.%を超えると、その効果が飽和し経済的な不利を招く
ばかりか、炭窒化物の量が多くなって靱性の低下を招
く。従ってジルコニウム含有量は、0.01〜0.10wt.%の範
囲内に限定すべきである。
【００３８】なお、上記鋼材中には、上述した元素の他
に不可避不純物としてＰ、Ｓ、Ｃｕ、ＮおよびＯ等が混
入してもよい。但し、Ｎは結晶粒を微細化させる目的で
0.20wt.%の添加が許容される。また、被削性を向上させ
るために、必要に応じて、Ｓ、Ｐｂ、ＣａおよびＳｅ等
の快削元素を含有させてもよい。
に不可避不純物としてＰ、Ｓ、Ｃｕ、ＮおよびＯ等が混
入してもよい。但し、Ｎは結晶粒を微細化させる目的で
0.20wt.%の添加が許容される。また、被削性を向上させ
るために、必要に応じて、Ｓ、Ｐｂ、ＣａおよびＳｅ等
の快削元素を含有させてもよい。
【００３９】(12)Ａc3点パラメーター: 図２に、この発明で採用した浸炭焼入れ焼戻し処理の熱
処理パターンを示す。即ち、歯車用鋼材を９２０℃で浸
炭し、炭素を鋼の内部に拡散させた後、歪みを低減する
ため浸炭温度より低温の８５０℃に保持した後、オイル
等で急冷して焼入れをする。従って、下記(1) 式によっ
て算出される歯車用鋼材のＡc3点パラメーターが850 ℃
未満では、浸炭後に８５０℃に保持しても、オーステナ
イト中にフェライトを確保することができない。一方、
上記Ａc3点パラメーターが950 ℃を超えると、オ−ステ
ナイト中のフェライト量が過剰になり、歯車芯部の強度
が不足する。従って、本発明鋼の化学成分組成には、下
記(1) 式： Ac3 ＝920-203 √C+44.7Si+31.5Mo-30Mn-11Cr+40Al-15.2Ni++104V+40Ti ------------ (1) によって算出されるＡc3点パラメーターが、850 〜950
℃の範囲内に入ることを満たすことを条件として付加す
べきである。
処理パターンを示す。即ち、歯車用鋼材を９２０℃で浸
炭し、炭素を鋼の内部に拡散させた後、歪みを低減する
ため浸炭温度より低温の８５０℃に保持した後、オイル
等で急冷して焼入れをする。従って、下記(1) 式によっ
て算出される歯車用鋼材のＡc3点パラメーターが850 ℃
未満では、浸炭後に８５０℃に保持しても、オーステナ
イト中にフェライトを確保することができない。一方、
上記Ａc3点パラメーターが950 ℃を超えると、オ−ステ
ナイト中のフェライト量が過剰になり、歯車芯部の強度
が不足する。従って、本発明鋼の化学成分組成には、下
記(1) 式： Ac3 ＝920-203 √C+44.7Si+31.5Mo-30Mn-11Cr+40Al-15.2Ni++104V+40Ti ------------ (1) によって算出されるＡc3点パラメーターが、850 〜950
℃の範囲内に入ることを満たすことを条件として付加す
べきである。
【００４０】(13)ジョミニー式一端焼入れ試験による硬
さ、および、歯車の内部硬さ ジョミニー式一端焼入れは、鋼の焼入れ性を調べる試験
である。所望の歯車芯部強度と歯元疲労強度を得るには
オーステナイト粒度番号が５番以上の細粒であること
と、本発明歯車の鋼材のジョミニー一端焼入れ試験後の
試験片のロックウェルＣ硬さ（以下、「一端焼入れ硬
さ」という）を、焼入れ端から９ｍｍの点（以下、「Ｊ
９ｍｍ」という）で２２〜４２の範囲内にある鋼にする
ことが必要である。また、質量効果が小さいことが要求
される大型部品へ適用する場合には、この硬さが３９〜
４２の範囲内にすることが望ましい。
さ、および、歯車の内部硬さ ジョミニー式一端焼入れは、鋼の焼入れ性を調べる試験
である。所望の歯車芯部強度と歯元疲労強度を得るには
オーステナイト粒度番号が５番以上の細粒であること
と、本発明歯車の鋼材のジョミニー一端焼入れ試験後の
試験片のロックウェルＣ硬さ（以下、「一端焼入れ硬
さ」という）を、焼入れ端から９ｍｍの点（以下、「Ｊ
９ｍｍ」という）で２２〜４２の範囲内にある鋼にする
ことが必要である。また、質量効果が小さいことが要求
される大型部品へ適用する場合には、この硬さが３９〜
４２の範囲内にすることが望ましい。
【００４１】一方、耐ピッチング性を良好にするため
に、浸炭焼入れ後における有効硬化層深さを０．３ｍｍ
以上確保することが必要であり、そのためには、一端焼
入れ硬さが、焼入れ端から５ｍｍの点（以下、「Ｊ５ｍ
ｍ」という）で３０〜４７の範囲内にある鋼にすること
が必要であり、また、大型部品へ適用する場合には４３
〜４７の範囲内にすることが望ましい。
に、浸炭焼入れ後における有効硬化層深さを０．３ｍｍ
以上確保することが必要であり、そのためには、一端焼
入れ硬さが、焼入れ端から５ｍｍの点（以下、「Ｊ５ｍ
ｍ」という）で３０〜４７の範囲内にある鋼にすること
が必要であり、また、大型部品へ適用する場合には４３
〜４７の範囲内にすることが望ましい。
【００４２】硬さの上記限定範囲を製品としての歯車の
内部硬さの限定範囲に対応させると、ロックウェルＣ硬
さで、２２〜４７の範囲内に相当する。 (14)歯車の歯内部硬さ 歯車の歯内部硬さの測定位置については、歯の大きさに
よらず歯底円と歯先中央との交点の位置と定めた。この
ように測定位置を定めることにより、上記Ｊ９ｍｍおよ
びＪ５ｍｍでの一端焼入れ硬さに相当する硬さとして、
ロックウェルＣ硬さは２２〜４７に相当する。従って、
歯内部硬さをロックウェルＣ硬さが２２〜４７の範囲内
にあることとした。
内部硬さの限定範囲に対応させると、ロックウェルＣ硬
さで、２２〜４７の範囲内に相当する。 (14)歯車の歯内部硬さ 歯車の歯内部硬さの測定位置については、歯の大きさに
よらず歯底円と歯先中央との交点の位置と定めた。この
ように測定位置を定めることにより、上記Ｊ９ｍｍおよ
びＪ５ｍｍでの一端焼入れ硬さに相当する硬さとして、
ロックウェルＣ硬さは２２〜４７に相当する。従って、
歯内部硬さをロックウェルＣ硬さが２２〜４７の範囲内
にあることとした。
【００４３】(15)歯内部組織 (非浸炭部）のフェライト
量 浸炭焼入れ・焼戻し後の非浸炭部である歯内部組織のフ
ェライト量が、面積率% で10％未満ではマルテンサイト
の変態歪みを十分に吸収することができず、焼入れ歪み
量を小さく抑制することができない。一方、上記フェラ
イト量が面積率% で50％を超えると、歯内部において所
望の強度および靱性を確保することが困難になる。従っ
て、歯内部の組織のフェライト量を、面積率% で10〜50
％の範囲内に限定すべきである。
量 浸炭焼入れ・焼戻し後の非浸炭部である歯内部組織のフ
ェライト量が、面積率% で10％未満ではマルテンサイト
の変態歪みを十分に吸収することができず、焼入れ歪み
量を小さく抑制することができない。一方、上記フェラ
イト量が面積率% で50％を超えると、歯内部において所
望の強度および靱性を確保することが困難になる。従っ
て、歯内部の組織のフェライト量を、面積率% で10〜50
％の範囲内に限定すべきである。
【００４４】なお、この時、マルテンサイトには残留オ
ーステナイトおよび／またはベイナイトを一部含んでい
てもよい。 (16)ネイビーＣ試験片における浸炭焼入れ後の歪み量 浸炭焼入れ後の歪み量測定は、通常、図３に示すネイビ
ーＣ試験片の試験後の開口部の変化率を測定する。ネイ
ビーＣ試験片における浸炭焼入れ後の歪み量が2.0%を超
えるような大きな歪みを示す鋼を用いて歯車に加工し、
これを浸炭焼入れした場合には大きな変形が生じて機械
研削により歯形修正処理をしなければならず、機械研削
を省略することができない。もし、歯形研削を行なわず
に浸炭焼入れのまま歯車として使用可能とするために
は、ネイビーＣ試験片における浸炭焼入れ後の歪み量を
１．０％以下にしなければならない。
ーステナイトおよび／またはベイナイトを一部含んでい
てもよい。 (16)ネイビーＣ試験片における浸炭焼入れ後の歪み量 浸炭焼入れ後の歪み量測定は、通常、図３に示すネイビ
ーＣ試験片の試験後の開口部の変化率を測定する。ネイ
ビーＣ試験片における浸炭焼入れ後の歪み量が2.0%を超
えるような大きな歪みを示す鋼を用いて歯車に加工し、
これを浸炭焼入れした場合には大きな変形が生じて機械
研削により歯形修正処理をしなければならず、機械研削
を省略することができない。もし、歯形研削を行なわず
に浸炭焼入れのまま歯車として使用可能とするために
は、ネイビーＣ試験片における浸炭焼入れ後の歪み量を
１．０％以下にしなければならない。
【００４５】(17)ショットピーニング、ハードショット
ピーニング 前述したように、ショットピーニングまたはハードショ
ットピーニング処理により歯元疲労強度の向上を図る。
本発明による歯車では、浸炭焼入れにより発生する表面
の粒界酸化層の深さは極めて浅く、且つ、焼入れ異常組
織が発生しないので、ショットピーニング処理を施して
も表面粗さを劣化させることなく面疲労強度を向上させ
得る。
ピーニング 前述したように、ショットピーニングまたはハードショ
ットピーニング処理により歯元疲労強度の向上を図る。
本発明による歯車では、浸炭焼入れにより発生する表面
の粒界酸化層の深さは極めて浅く、且つ、焼入れ異常組
織が発生しないので、ショットピーニング処理を施して
も表面粗さを劣化させることなく面疲労強度を向上させ
得る。
【００４６】
【実施例】次に、この発明を、実施例により比較例と対
比しながら説明する。表１に実施例および比較例で用い
たインゴットの化学成分組成、Ａc3点パラメーターおよ
び一端焼入れ硬さを示す。
比しながら説明する。表１に実施例および比較例で用い
たインゴットの化学成分組成、Ａc3点パラメーターおよ
び一端焼入れ硬さを示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】本発明の範囲内の化学成分組成、Ａc3点パ
ラメーターおよび一端焼入れ硬さを有する本発明鋼No.
１〜１１、並びに、上記条件の内一つでも本発明の範囲
外である比較鋼No. １２〜１７および従来鋼No. １８〜
２１のインゴットを調製し、常法で熱間圧延して、直径
２０〜９０ｍｍの丸棒鋼を調製し、得られた丸棒鋼に対
して焼準処理を施した後、各丸棒の一部を一端焼入れ試
験片、焼入れ歪み試験片および疲労試験片に加工した。
次いで、一端焼入れ試験片に対し、一端焼入れ試験を行
なった。また、焼入れ歪み試験片に対しては、浸炭焼入
れ焼戻し処理を施した後、浸炭焼入れ歪み量を調べ、一
方、疲労試験片に対しては、浸炭焼入れ焼戻し処理を施
した後、ショットピーニングをした後、回転曲げ疲労特
性および歯車疲労特性を調べた。また、２５ｍｍの丸棒
鋼について浸炭焼入れ焼戻し処理を行なった後、引張試
験片に加工して強度を調べた。
ラメーターおよび一端焼入れ硬さを有する本発明鋼No.
１〜１１、並びに、上記条件の内一つでも本発明の範囲
外である比較鋼No. １２〜１７および従来鋼No. １８〜
２１のインゴットを調製し、常法で熱間圧延して、直径
２０〜９０ｍｍの丸棒鋼を調製し、得られた丸棒鋼に対
して焼準処理を施した後、各丸棒の一部を一端焼入れ試
験片、焼入れ歪み試験片および疲労試験片に加工した。
次いで、一端焼入れ試験片に対し、一端焼入れ試験を行
なった。また、焼入れ歪み試験片に対しては、浸炭焼入
れ焼戻し処理を施した後、浸炭焼入れ歪み量を調べ、一
方、疲労試験片に対しては、浸炭焼入れ焼戻し処理を施
した後、ショットピーニングをした後、回転曲げ疲労特
性および歯車疲労特性を調べた。また、２５ｍｍの丸棒
鋼について浸炭焼入れ焼戻し処理を行なった後、引張試
験片に加工して強度を調べた。
【００４９】なお、ジョミニー一端焼入れ試験を除き浸
炭焼入れ焼戻し条件はすべて、９２０℃×３Ｈｒの条件
で浸炭処理後、８５０℃の温度から油焼入れし、焼入れ
温度での保持時間はすべて０．５Ｈｒとし、次いで１６
０℃×２Ｈｒの条件で焼戻した。
炭焼入れ焼戻し条件はすべて、９２０℃×３Ｈｒの条件
で浸炭処理後、８５０℃の温度から油焼入れし、焼入れ
温度での保持時間はすべて０．５Ｈｒとし、次いで１６
０℃×２Ｈｒの条件で焼戻した。
【００５０】上記試験片の経路を下記にまとめる。 直径２０〜９０ｍｍの丸棒鋼→(a) 焼準処理 (a)の一部を→一端焼入れ試験片→一端焼入れ試験 (a)の一部を→焼入れ歪み試験片→浸炭焼入れ焼戻し処
理→浸炭焼入れ歪み量 (a)の一部を→回転曲げ疲労試験片→浸炭焼入れ焼戻し
処理→ショットピーニング→回転曲げ疲労特性 (a)の一部を→歯車疲労試験片→浸炭焼入れ焼戻し処理
→ショットピーニング→歯車疲労特性 (a)の内の２５ｍｍ丸棒鋼を→浸炭焼入れ焼戻し処理→
引張試験片→強度 歯車の歯内部硬さの評価としては、上記「(14)歯車の歯
内部硬さ」の項で述べたところから、一端焼入れ硬さで
評価することができる。従って、Ｊ９ｍｍおよびＪ５ｍ
ｍでの一端焼入れ硬さの結果で代替した。
理→浸炭焼入れ歪み量 (a)の一部を→回転曲げ疲労試験片→浸炭焼入れ焼戻し
処理→ショットピーニング→回転曲げ疲労特性 (a)の一部を→歯車疲労試験片→浸炭焼入れ焼戻し処理
→ショットピーニング→歯車疲労特性 (a)の内の２５ｍｍ丸棒鋼を→浸炭焼入れ焼戻し処理→
引張試験片→強度 歯車の歯内部硬さの評価としては、上記「(14)歯車の歯
内部硬さ」の項で述べたところから、一端焼入れ硬さで
評価することができる。従って、Ｊ９ｍｍおよびＪ５ｍ
ｍでの一端焼入れ硬さの結果で代替した。
【００５１】また、歯車疲労試験に供した歯車から歯部
を切り出して所定の試験片を調製し、浸炭焼入れにとも
なう粒界酸化層深さ、焼入れ不良層深さ、および、有効
硬化層深さを測定した。
を切り出して所定の試験片を調製し、浸炭焼入れにとも
なう粒界酸化層深さ、焼入れ不良層深さ、および、有効
硬化層深さを測定した。
【００５２】非浸炭部の内部組織のフェライトの面積率
% の測定は、浸炭焼入れ歪み量測定済みの試験片を用い
て行なった。上述した各試験方法は次の通りである。
% の測定は、浸炭焼入れ歪み量測定済みの試験片を用い
て行なった。上述した各試験方法は次の通りである。
【００５３】(1) 一端焼入れ試験 直径３２ｍｍの丸棒鋼から、つばのある直径２５ｍｍで
長さ１００ｍｍの試験片を調製し、この試験片を９２５
℃に中心部まで均一に昇温し、３０分間保持した後、Ｊ
ＩＳ法ジョミニー式一端焼入れ方法（Ｇ ０５６１）に
従って一端焼入れ硬さを求めた。前記表１に、Ｊ５ｍｍ
とＪ９ｍｍの一端焼入れ硬さの結果を併せて示す。
長さ１００ｍｍの試験片を調製し、この試験片を９２５
℃に中心部まで均一に昇温し、３０分間保持した後、Ｊ
ＩＳ法ジョミニー式一端焼入れ方法（Ｇ ０５６１）に
従って一端焼入れ硬さを求めた。前記表１に、Ｊ５ｍｍ
とＪ９ｍｍの一端焼入れ硬さの結果を併せて示す。
【００５４】(2) 浸炭焼入れ歪み量 直径65mmの丸棒鋼から、図３に示した開口部２および円
形状空間３を有する円盤状のネイビーＣ試験片１を調製
した。図４は、ネイビーＣ試験片の側面図を示す。ネイ
ビーＣ試験片１各部の寸法は、次のとおりである。
形状空間３を有する円盤状のネイビーＣ試験片１を調製
した。図４は、ネイビーＣ試験片の側面図を示す。ネイ
ビーＣ試験片１各部の寸法は、次のとおりである。
【００５５】試験片直径(a):60mm、厚さ(b):12mm、円形
状空間の直径(c):34.8mm、開口寸法(d):6 mm。 上記形状のネイビーＣ試験片１を各供試鋼当たり10個作
製し、この試験片１に対し、上述した浸炭焼入れ焼戻し
処理を施したときに生じた開口寸法ｄの変化率を測定
し、浸炭焼入れ歪み量とした。表２に、各供試鋼の焼入
れ歪み量を示した。
状空間の直径(c):34.8mm、開口寸法(d):6 mm。 上記形状のネイビーＣ試験片１を各供試鋼当たり10個作
製し、この試験片１に対し、上述した浸炭焼入れ焼戻し
処理を施したときに生じた開口寸法ｄの変化率を測定
し、浸炭焼入れ歪み量とした。表２に、各供試鋼の焼入
れ歪み量を示した。
【００５６】
【表２】
【００５７】(3) 非浸炭部のフェライト面積率％ 次に、浸炭焼入れ歪み量測定済みの試験片を用いて、各
供試鋼の浸炭焼入れ・焼戻し後における非浸炭部のフェ
ライト−マルテンサイト二相組織のフェライト面積率％
を検鏡試験で測定し、歯内部のフェライト面積率％と定
義し、このフェライト面積率％を表２に示した。
供試鋼の浸炭焼入れ・焼戻し後における非浸炭部のフェ
ライト−マルテンサイト二相組織のフェライト面積率％
を検鏡試験で測定し、歯内部のフェライト面積率％と定
義し、このフェライト面積率％を表２に示した。
【００５８】(4) 回転曲げ疲労特性 直径20mmの丸棒鋼から、平行部直径１０mmの試験片を採
取し、平行部にこれと直角方向の深さ１mmの切り欠き(
応力集中係数α＝1.8)を全円周にわたってつけた、回転
曲げ疲労試験片を調製し、この試験片に対し、ネイビー
Ｃ試験片に対して施したと同じ条件で、浸炭焼入れ・焼
戻し処理を施した後、ショットピーニング処理 (アーク
ハイト:0.6mmA 、カバレージ:300％) をし、このような
処理の施された試験片に対し、小野式回転曲げ疲労試験
機を使用して107 回の回転曲げ疲労試験を行い、その回
転曲げ疲労強度を測定した。表２に、回転曲げ疲労強度
の測定結果を示した。
取し、平行部にこれと直角方向の深さ１mmの切り欠き(
応力集中係数α＝1.8)を全円周にわたってつけた、回転
曲げ疲労試験片を調製し、この試験片に対し、ネイビー
Ｃ試験片に対して施したと同じ条件で、浸炭焼入れ・焼
戻し処理を施した後、ショットピーニング処理 (アーク
ハイト:0.6mmA 、カバレージ:300％) をし、このような
処理の施された試験片に対し、小野式回転曲げ疲労試験
機を使用して107 回の回転曲げ疲労試験を行い、その回
転曲げ疲労強度を測定した。表２に、回転曲げ疲労強度
の測定結果を示した。
【００５９】(5) 歯車疲労特性、並びに、粒界酸化層深
さ、焼入れ不良層深さ、有効硬層深さ、および、強度 直径90mmの丸棒鋼から、切削加工によって外径75mm、歯
幅10mm、モジュール2.5 、歯数28枚の試験用歯車を調製
し、上記回転曲げ疲労特性と同じ条件で、浸炭焼入れ・
焼戻しおよびショットピーニング処理を施した後、得ら
れた試験片に対し、動力循環式歯車疲労試験機を使用
し、回転数：3000rpm で歯車疲労試験を行い、繰り返し
数107 回で破損しなかったトルク値を歯車の歯元強度と
して求めた。表２に、歯車疲労耐久トルクおよびピッチ
ングの有無を示した。
さ、焼入れ不良層深さ、有効硬層深さ、および、強度 直径90mmの丸棒鋼から、切削加工によって外径75mm、歯
幅10mm、モジュール2.5 、歯数28枚の試験用歯車を調製
し、上記回転曲げ疲労特性と同じ条件で、浸炭焼入れ・
焼戻しおよびショットピーニング処理を施した後、得ら
れた試験片に対し、動力循環式歯車疲労試験機を使用
し、回転数：3000rpm で歯車疲労試験を行い、繰り返し
数107 回で破損しなかったトルク値を歯車の歯元強度と
して求めた。表２に、歯車疲労耐久トルクおよびピッチ
ングの有無を示した。
【００６０】更に、歯車疲労試験に供した歯車から歯部
を切り出して所定の試験片を調製し、浸炭焼入れにとも
なう粒界酸化層深さ、焼入れ不良層深さ、および、有効
硬化層深さを測定した。また、浸炭焼入れ焼戻し後の２
５mmφ丸棒からＪＩＳ４号引張試験片（平行部径：１４
mmφ）を調製し、引張試験を行ない、歯車芯部の強度を
評価した。これらの結果を表２に示した。
を切り出して所定の試験片を調製し、浸炭焼入れにとも
なう粒界酸化層深さ、焼入れ不良層深さ、および、有効
硬化層深さを測定した。また、浸炭焼入れ焼戻し後の２
５mmφ丸棒からＪＩＳ４号引張試験片（平行部径：１４
mmφ）を調製し、引張試験を行ない、歯車芯部の強度を
評価した。これらの結果を表２に示した。
【００６１】表１および２から明らかなように、比較鋼
Ｎo.１２は、ＭｎおよびＣｒ含有量が本発明の範囲を超
えて多く、Ａｃ3 点パラメーターが８１９℃と低く、一
端焼入れ硬さの高いため、焼入れ歪みが４．８４％を大
きくなった。比較鋼Ｎo.１３は、Ｍｏ含有量が本発明の
範囲を超えて多く、このため焼入れ歪みが大きくなっ
た。比較鋼Ｎo.１４は、Ｃ、ＳｉおよびＭｎ含有量が本
発明の範囲を外れて少なく、Ｎｂ含有量は本発明の範囲
を超えて多く、このため粒界酸化層が深く、一端焼入れ
硬さも低くなり十分な強度を確保することができず、回
転曲げ疲労強度、歯車疲労耐久トルクが低くなった。ま
た、浸炭焼入れ後における有効硬化層深さが０．２７ｍ
ｍと浅いので、ピッチングが発生した。
Ｎo.１２は、ＭｎおよびＣｒ含有量が本発明の範囲を超
えて多く、Ａｃ3 点パラメーターが８１９℃と低く、一
端焼入れ硬さの高いため、焼入れ歪みが４．８４％を大
きくなった。比較鋼Ｎo.１３は、Ｍｏ含有量が本発明の
範囲を超えて多く、このため焼入れ歪みが大きくなっ
た。比較鋼Ｎo.１４は、Ｃ、ＳｉおよびＭｎ含有量が本
発明の範囲を外れて少なく、Ｎｂ含有量は本発明の範囲
を超えて多く、このため粒界酸化層が深く、一端焼入れ
硬さも低くなり十分な強度を確保することができず、回
転曲げ疲労強度、歯車疲労耐久トルクが低くなった。ま
た、浸炭焼入れ後における有効硬化層深さが０．２７ｍ
ｍと浅いので、ピッチングが発生した。
【００６２】比較鋼Ｎo.１５は、Ｓｉ含有量が本発明の
範囲を超えて多く、Ｃｒ含有量が本発明の範囲を外れて
少なく、このため十分な強度を確保することができず、
回転曲げ疲労強度、歯車疲労耐久トルクが低くなり、ま
た浸炭焼入れ後における有効硬化層深さが０．２０ｍｍ
と浅いのでピッチングが発生した。比較鋼Ｎo.１６は、
Ｃ、Ａｌ、ＮｉおよびＴｉが本発明の範囲を超えて多
く、焼入れ歪みが大きくなった。比較鋼Ｎo.１７は、Ｖ
およびＺｒともに本発明の範囲を超えて多く、焼入れ歪
みが大きくなった。またＡｃ3 点パラメーターが９６７
℃と高いのでフェライト面積率% が本発明の範囲を超え
て多くなり、このため十分な疲労強度を確保することが
できなかった。
範囲を超えて多く、Ｃｒ含有量が本発明の範囲を外れて
少なく、このため十分な強度を確保することができず、
回転曲げ疲労強度、歯車疲労耐久トルクが低くなり、ま
た浸炭焼入れ後における有効硬化層深さが０．２０ｍｍ
と浅いのでピッチングが発生した。比較鋼Ｎo.１６は、
Ｃ、Ａｌ、ＮｉおよびＴｉが本発明の範囲を超えて多
く、焼入れ歪みが大きくなった。比較鋼Ｎo.１７は、Ｖ
およびＺｒともに本発明の範囲を超えて多く、焼入れ歪
みが大きくなった。またＡｃ3 点パラメーターが９６７
℃と高いのでフェライト面積率% が本発明の範囲を超え
て多くなり、このため十分な疲労強度を確保することが
できなかった。
【００６３】従来鋼Ｎo.１８〜２１は、従来のＪＩＳで
規定された鋼種であって、従来鋼Ｎo.１８はJIS SMnC42
0 であり、従来鋼Ｎo.１９はJIS SCM420であり、従来鋼
２０もJIS SCM420であるが大型歯車部品用に焼入れ性を
高めた鋼である。従来鋼２１は、SNCM420 であって、Ｓ
ｉ含有量およびＡｃ3 点パラメーターが本発明の範囲を
外れて少ない鋼である。これら従来鋼Ｎo.１８〜２１
は、フェライト面積率%が５〜７％であって本発明の範
囲を外れて少なく、粒界酸化層深さおよび焼入れ不良層
深さが大で、且つ焼入れ歪みが大きかった。
規定された鋼種であって、従来鋼Ｎo.１８はJIS SMnC42
0 であり、従来鋼Ｎo.１９はJIS SCM420であり、従来鋼
２０もJIS SCM420であるが大型歯車部品用に焼入れ性を
高めた鋼である。従来鋼２１は、SNCM420 であって、Ｓ
ｉ含有量およびＡｃ3 点パラメーターが本発明の範囲を
外れて少ない鋼である。これら従来鋼Ｎo.１８〜２１
は、フェライト面積率%が５〜７％であって本発明の範
囲を外れて少なく、粒界酸化層深さおよび焼入れ不良層
深さが大で、且つ焼入れ歪みが大きかった。
【００６４】これに対し、本発明鋼Ｎo.１〜１１は、従
来鋼に比べ粒界酸化層が大幅に低減し、焼入れ不良層が
全く認められず、且つ浸炭焼入れ特性である浸炭の有効
硬化層深さと芯部強度が従来鋼と同等であった。更に、
１２〜４３％のフェライトが存在するフェライト・マル
テンサイト二相組織となっているので、焼入れ歪み量は
１％以下と小さい。
来鋼に比べ粒界酸化層が大幅に低減し、焼入れ不良層が
全く認められず、且つ浸炭焼入れ特性である浸炭の有効
硬化層深さと芯部強度が従来鋼と同等であった。更に、
１２〜４３％のフェライトが存在するフェライト・マル
テンサイト二相組織となっているので、焼入れ歪み量は
１％以下と小さい。
【００６５】図５に、本発明鋼および従来鋼の一端焼入
れ試験後の試験片の焼入れ端から９ｍｍの点でのロック
ウェルＣ硬さと浸炭焼入れ歪みとの関係を示す。これよ
り明らかなように、本発明により熱処理歪みは著しく低
減され、同一の焼入れ硬さで比較すると、従来鋼に対し
て２０〜２５％程度に小さくなっているのが判る。
れ試験後の試験片の焼入れ端から９ｍｍの点でのロック
ウェルＣ硬さと浸炭焼入れ歪みとの関係を示す。これよ
り明らかなように、本発明により熱処理歪みは著しく低
減され、同一の焼入れ硬さで比較すると、従来鋼に対し
て２０〜２５％程度に小さくなっているのが判る。
【００６６】また、表１および２から明らかなように、
比較鋼Ｎo.１４および１５、並びに、従来鋼Ｎo.１８〜
２１は、低トルク領域で歯面にピッチングが発生した。
これに対して本発明鋼Ｎo.１〜１１は、従来鋼よりも優
れた疲労強度および歯元強度を有しており、且つ焼入れ
不良層がなく、Ｓｉ含有量の増加によって、焼戻し軟化
抵抗が高くなり、ピッチングが発生せず、面圧強度も強
化された。
比較鋼Ｎo.１４および１５、並びに、従来鋼Ｎo.１８〜
２１は、低トルク領域で歯面にピッチングが発生した。
これに対して本発明鋼Ｎo.１〜１１は、従来鋼よりも優
れた疲労強度および歯元強度を有しており、且つ焼入れ
不良層がなく、Ｓｉ含有量の増加によって、焼戻し軟化
抵抗が高くなり、ピッチングが発生せず、面圧強度も強
化された。
【００６７】
【発明の効果】この発明は、以上のように構成したの
で、浸炭焼入れ処理による歪み量が２．５％程度である
従来鋼に比べて０〜１％の間で調整可能であり、また大
型部品として高い焼入れ性が要求される鋼に対しても、
本発明鋼は歪み量を１％以下に調整することができる。
且つ、歯車の歯元強度に優れた歯車用鋼を通常の浸炭焼
入れ処理によって得ることができ、歯形修正を施さない
自動車歯車として乗用車のみでなく、トラックやバスの
大型歯車としても好適である上、建設機械、産業機械等
の浸炭焼入れ後に歯形修正を必要とする歯車において
も、浸炭焼入れ歪み量を減少し得るので、歯形修正を施
す必要がなく、従って、加工コストの低減および生産性
の向上を図ることができる高強度、低熱処理変形歯車お
よびその製造方法を提供することができ、工業上多くの
優れた効果がもたらされる。
で、浸炭焼入れ処理による歪み量が２．５％程度である
従来鋼に比べて０〜１％の間で調整可能であり、また大
型部品として高い焼入れ性が要求される鋼に対しても、
本発明鋼は歪み量を１％以下に調整することができる。
且つ、歯車の歯元強度に優れた歯車用鋼を通常の浸炭焼
入れ処理によって得ることができ、歯形修正を施さない
自動車歯車として乗用車のみでなく、トラックやバスの
大型歯車としても好適である上、建設機械、産業機械等
の浸炭焼入れ後に歯形修正を必要とする歯車において
も、浸炭焼入れ歪み量を減少し得るので、歯形修正を施
す必要がなく、従って、加工コストの低減および生産性
の向上を図ることができる高強度、低熱処理変形歯車お
よびその製造方法を提供することができ、工業上多くの
優れた効果がもたらされる。
【図１】歯車の内部硬さの測定位置を示す図である。
【図２】この発明で採用した浸炭焼入れ焼戻し処理の熱
処理パターンを示す図である。
処理パターンを示す図である。
【図３】ネイビーＣ試験片の平面図である。
【図４】図３の側面図である。
【図５】本発明鋼および従来鋼の一端焼入れ試験後の試
験片の焼入れ端から９ｍｍの点でのロックウェルＣ硬さ
と浸炭焼入れ歪みとの関係を示すグラフである。
験片の焼入れ端から９ｍｍの点でのロックウェルＣ硬さ
と浸炭焼入れ歪みとの関係を示すグラフである。
【図６】歯車の歯内部、歯表面部および歯車芯部を説明
する概略斜視図である。
する概略斜視図である。
１ ネイビーＣ試験片 ２ 開口部 ３ 円形状空間 ４ 歯内部（非浸炭部） ５ 歯表面部（浸炭部） ６ 歯車芯部 ７ 歯底円の一部 ８ 歯先中心 ９ 歯車軸芯 １０ 歯底 Ａ 硬さ測定位置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２３Ｃ 8/22 Ｃ２３Ｃ 8/22
Claims (5)
- 【請求項１】炭素(C) ：0.13〜0.25wt.%、 シリコン(Si) ：0.70〜1.80wt.%、 マンガン(Mn) ：0.30〜1.50wt.%、 クロム(Cr) ：0.20〜1.50wt.%、 モリブデン(Mo)：0.01〜1.00wt.%、および、 アルミニウム(Sol Al):0.01 〜0.07wt.% を含有し、 残部：鉄(Fe)および不可避的不純物 からなり、且つ、下記(1) 式： Ac3 ＝920-203 √C+44.7Si+31.5Mo-30Mn-11Cr+40Al-15.2Ni+104V+40Ti ------------ (1) 但し、(1) 式中のNi、V およびTiの含有量（wt.%）は不
可避的に混入した場合の含有量（wt.%）、によって算出
されるＡｃ3 点パラメーターが、850 〜950 ℃の範囲内
となる化学成分組成を有し、 歯車の内部硬さがロックウェルＣ硬さで２２〜４７の範
囲内（但し、歯車の内部硬さとは、歯底円と、歯先中心
と歯車軸芯とを結ぶ直線と、の交点の位置における硬さ
をいう。）にあり、そして、 表層の浸炭焼入れ部における有効硬化層深さが0.3 mm以
上、前記浸炭焼入れ部表層の粒界酸化層の深さが10μm
以下であり、且つ、非浸炭部の内部組織が、フェライト
を面積率% で10〜50% 含み、残部がベイナイトおよび／
または残留オーステナイトを一部含んでもよいマルテン
サイトである混合組織になっていることを特徴とする、
高強度、低熱処理変形歯車。 - 【請求項２】炭素(C) ：0.13〜0.25wt.%、 シリコン(Si) ：0.70〜1.80wt.%、 マンガン(Mn) ：0.30〜1.50wt.%、 クロム(Cr) ：0.20〜1.50wt.%、 モリブデン(Mo)：0.01〜1.00wt.%、および、 アルミニウム(Sol Al):0.01 〜0.07wt.% を含有し、更に、下記化学成分組成からなる群： ニッケル(Ni) ：0.01〜1.00wt.%、および、 バナジウム(V) ：0.01〜1.00wt.% から選んだ少なくとも１つの元素、並びに／または、下
記化学成分組成からなる群： チタン(Ti) ：0.01〜0.10wt.%、 ニオブ(Nb) ：0.01〜0.10wt.%、および、 ジルコニウム(Zr)：0.01〜0.10wt.% から選んだ少なくとも１つの元素が付加され、 残部：鉄(Fe)および不可避的不純物 からなり、且つ、下記(1) 式： Ac3 ＝920-203 √C+44.7Si+31.5Mo-30Mn-11Cr+40Al-15.2Ni+104V+40Ti ------------ (1) 但し、(1) 式中のNi、V およびTiの含有量（wt.%）は不
可避的に混入した場合の含有量（wt.%）、によって算出
されるＡｃ3 点パラメーターが、850 〜950 ℃の範囲内
となる化学成分組成を有し、 歯車の内部硬さがロックウェルＣ硬さで２２〜４７の範
囲内（但し、歯車の内部硬さとは、歯底円と、歯先中心
と歯車軸芯とを結ぶ直線と、の交点の位置における硬さ
をいう。）にあり、そして、 表層の浸炭焼入れ部における有効硬化層深さが0.3 mm以
上、前記浸炭焼入れ部表層の粒界酸化層の深さが10μm
以下であり、且つ、非浸炭部の内部組織が、フェライト
を面積率% で10〜50% 含み、残部がベイナイトおよび／
または残留オーステナイトを一部含んでもよいマルテン
サイトである混合組織になっていることを特徴とする、
高強度、低熱処理変形歯車。 - 【請求項３】炭素(C) ：0.13〜0.25wt.%、 シリコン(Si) ：0.70〜1.80wt.%、 マンガン(Mn) ：0.30〜1.50wt.%、 クロム(Cr) ：0.20〜1.50wt.%、 モリブデン(Mo)：0.01〜1.00wt.%、および、 アルミニウム(Sol Al):0.01 〜0.07wt.% を含有し、 残部：鉄(Fe)および不可避的不純物 からなり、且つ、下記(1) 式： Ac3 ＝920-203 √C+44.7Si+31.5Mo-30Mn-11Cr+40Al-15.2Ni+104V+40Ti ------------ (1) 但し、(1) 式中のNi、V およびTiの含有量（wt.%）は不
可避的に混入した場合の含有量（wt.%）、によって算出
されるＡｃ3 点パラメーターが、850 〜950 ℃の範囲内
となる化学成分組成を有し、ジョミニー式一端焼入れ試
験後の試験片のロックウェルＣ硬さが、焼入れ端から５
ｍｍおよび９ｍｍのそれぞれの位置において３０〜４７
の範囲内および２２〜４２の範囲内にある歯車用鋼材に
対して、鍛造を施すことにより歯車に加工し、前記歯車
に浸炭焼入れを施すことにより表層の浸炭部の有効硬化
層深さを０．３ｍｍ以上、表面の粒界酸化層の深さを１
０μm 以下、且つ、非浸炭部の内部組織を、フェライト
が面積率% で１０〜５０％、残部がベイナイトおよび／
または残留オーステナイトを一部含んでもよいマルテン
サイトである混合組織となし、そして、前記歯車に対し
て焼戻し処理を施すことを特徴とする高強度、低熱処理
変形歯車の製造方法。 - 【請求項４】炭素(C) ：0.13〜0.25wt.%、 シリコン(Si) ：0.70〜1.80wt.%、 マンガン(Mn) ：0.30〜1.50wt.%、 クロム(Cr) ：0.20〜1.50wt.%、 モリブデン(Mo)：0.01〜1.00wt.%、および、 アルミニウム(Sol Al):0.01 〜0.07wt.% を含有し、更に、下記化学成分組成からなる群： ニッケル(Ni) ：0.01〜1.00wt.%、および、 バナジウム(V) ：0.01〜1.00wt.% から選んだ少なくとも１つの元素、並びに／または、下
記化学成分組成からなる群： チタン(Ti) ：0.01〜0.10wt.%、 ニオブ(Nb) ：0.01〜0.10wt.%、および、 ジルコニウム(Zr)：0.01〜0.10wt.% から選んだ少なくとも１つの元素が付加され、 残部：鉄(Fe)および不可避的不純物 からなり、且つ、下記(1) 式： Ac3 ＝920-203 √C+44.7Si+31.5Mo-30Mn-11Cr+40Al-15.2Ni+104V+40Ti ------------ (1) 但し、(1) 式中のNi、V およびTiの含有量（wt.%）は不
可避的に混入した場合の含有量（wt.%）、によって算出
されるＡｃ3 点パラメーターが、850 〜950 ℃の範囲内
となる化学成分組成を有し、ジョミニー式一端焼入れ試
験後の試験片のロックウェルＣ硬さが、焼入れ端から５
ｍｍおよび９ｍｍのそれぞれの位置において３０〜４７
の範囲内および２２〜４２の範囲内にある歯車用鋼材に
対して、鍛造を施すことにより歯車に加工し、前記歯車
に浸炭焼入れを施すことにより表層の浸炭部の有効硬化
層深さを０．３ｍｍ以上、表面の粒界酸化層の深さを１
０μm 以下、且つ、非浸炭部の内部組織を、フェライト
が面積率％で１０〜５０％、残部がベイナイトおよび／
または残留オーステナイトを一部含んでもよいマルテン
サイトである混合組織となし、そして、前記歯車に対し
て焼戻し処理を施すことを特徴とする高強度、低熱処理
変形歯車の製造方法。 - 【請求項５】前記浸炭焼入れおよび前記焼戻し処理を施
された前記歯車に対して、更に、ショットピーニングま
たは／およびハードショットピーニングを施すことを付
加することを特徴とする請求項３または４記載の高強
度、低熱処理変形歯車の製造方法。
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
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| FR2868083A1 (fr) * | 2004-03-24 | 2005-09-30 | Ascometal Sa | Acier pour pieces mecaniques, procede de fabrication de pieces mecaniques l'utilisant et pieces mecaniques ainsi realisees |
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-
1996
- 1996-04-23 JP JP10108496A patent/JP3517515B2/ja not_active Expired - Fee Related
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